Giáo trình địa chất đại cương/Chương II
Chương 2: Trái đất
2.1. Trái đất trong hệ mặt trời
Hệ mặt trời mà trái đất đang tồn tại là một bộ phận của Ngân hà. Ngân hà lại là một phần nhỏ của Thiên hà, mà Thiên hà lại là một bộ phận của một Siêu Thiên hà trong vũ trụ. Trong vũ trụ có vô số hệ Thiên hà và các nhà khoa học đã ước tính có khoảng 10 tỷ trong đó hệ Thiên hà xa nhất có thể quan sát được cách chúng ta khoảng 10 tỷ năm ánh sáng.
Hệ mặt trời của chúng ta bao gồm: Mặt trời, 9 hành tinh và 61 vệ tinh, một số lượng khổng lồ các tiểu hành tinh (asteroid), sao chổi, và thiên thạch (Hình 1).
Hình
1.
Vị
trí
và
quan
hệ
của
các
hành
tinh
của
hệ
Mặt
trời
mà
Trái
đất
là
một
thành
viên.
Tất
cả
các
đối
tượng
đó
di
chuyển
trong
vũ
trụ
với
các
quỹ
đạo
ổn
định
và
ở
trạng
thái
cân
bằng
trong
vũ
trụ
nhờ
lực
hấp
dẫn.
Các
hành
tinh,
tiểu
hành
tinh,
hoặc
thiên
thạch
di
chuyển
quanh
mặt
trời
trong
khi
các
vệ
tinh
lại
xoay
quanh
các
hành
tinh.
Các
nhà
khoa
học
chia
các
hành
tinh
thành
2
loại
dựa
vào
mật
độ
và
khoảng
cách
tới
mặt
trời:
Các
hành
tinh
đất
(terrestrial
planets:
terra
tiếng
Latin
là
Earth
-
Trái
đất)
và
các
hành
tinh
khí
(Jovian
=
Jove
thần
Jupiter).
Các hành tinh đất (sao Thủy - Mercury, sao Kim - Venus, Trái đất - Earth, sao Hỏa - Mars) là những hành tinh gần mặt trời, nhỏ, rắn chắc, cấu tạo bởi các loại đá, có mật độ cao (? 3 g/cm2). Thành phần của chúng tương đối giống nhau.
Các hành tinh khí (Jupiter, Saturn, Uranus, Neptune, Pluto) là những hành tinh ở xa mặt trời hơn, có kích thước lớn nhưng mật độ thấp. Chúng có thể có phần nhân cứng như của các hành tinh đất nhưng phần lớp khối lượng của chúng là một lớp khí quyển dày cấu tạo bởi Hydrô, Heli và các loại khí khác. Bầu khí quyển này có thể quan sát được từ mặt đất.
2.2. Cấu tạo của Trái đất
2.2.1. Đặc điểm chung của Trái đất
Trái đất là một hành tinh có dạng gần cầu. Lực hấp dẫn giữa trái đất và mặt trời và các lực hấp dẫn vũ trụ quyết định tới hình dạng, cấu trúc, và sự phân bố các đặc tính hoá lý bên trong và bên ngoài Trái đất. Các đo đạc chính xác gần đây cho thấy hình dạng bên ngoài của trái đất tương đối bất thường. Trước đây người ta cho rằng Trái đất có dạng ellipsoid với độ dẹt theo phương của trục xoay là 1/298,275 (Bán kính ở xích đạo : 6378, 14km. Bán kính ở cực: 6356,779 km. Theo số liệu của Hội nghị Trắc địa Quốc tế lần thứ 16, Grenoble, 1975). Tuy nhiên những quan sát chính xác hơn bằng vệ tinh nhân tạo cho thấy trái đất không có dạng ellipsoid lý tưởng mà có dạng “quả lê” trong đó cực Bắc nhô cao hơn 10 m và cực Nam lõm vào 30m.
Trái đất là một hành tinh đặc biệt trong hệ Mặt trời, đặc trưng bởi hàng loạt quyển khác nhau. Trái đất được bao quanh bởi một lớp khí quyển (atmosphere, ta nhìn có màu xanh) cấu tạo bởi loại khí oxy, hydro, đioxit cacbon, và hơi nước mà không có hành tinh nào trong hệ mặt trời có được. Trái đất có quyển thứ hai là thủy quyển (hydrosphere) bao gồm toàn bộ biển và đại dương, sông, hồ, nước ngầm, và các mũ băng hà ở các vùng núi cao hoặc vùng cực. Đây cũng là một quyển đặc biệt mà chỉ có trái đất mới có. Quyển đặc biệt thứ ba là sinh quyển (quyển của sự sống) bao gồm toàn bộ sự sống tên Trái đất. Một điểm đặc biệt thứ tư là sự phong hóa xảy ra ở lớp trên cùng của vỏ trái đất được tạo thành bởi sự biến đổi hoá học và sự phá hủy vật lý của các đá khi chúng xuất lộ ra trên bề mặt trái đất trong các quyển khác như khí quyển, thủy quyển, hoặc sinh quyển. Do sự phong hóa mà bề mặt trái đất thường được bao phủ bởi một lớp sản phẩm bở rời tàn dư được gọi là vỏ phong hóa (regolith). Phần ngoài cùng của trái đất bên dưới lớp vỏ phong hóa là một lớp đá rắn chắc được gọi là thạch quyển.
2.2.2. Các lục địa và bồn trũng đại dương của Trái đất
Gần 71% diện tích bề mặt Trái đất được bao phủ bởi một khối lượng nước khổng lồ, chúng tạo thành các biển và đại dương. Hơn 29% diện tích (29,2%) bề mặt Trái đất còn lại là các vùng nhô cao của bề mặt trái đất so với mực nước biển, được gọi là các lục địa. Các lục địa phân bố chủ yếu ở Bán cầu bắc. Kích thước các lục địa cũng thay đổi khác nhau trong đó các lục địa ở phía bắc gắn kết với nhau tạo thành các vùng đất rộng lớn còn ở phía Nam thường là các lục địa riêng rẽ nổi trên mặt đại dương. Đường bờ biển phân cách các lục địa và đại dương thường là các đường uốn lượn phức tạp.
Địa hình bề mặt Trái đất rất gồ ghề và có độ chênh lệch độ cao rất lớn. Độ chênh cao giữa nơi cao nhất trên lục địa và nơi sâu nhất dưới đáy các đại dương là khoảng gần 20.000m. Địa hình lục địa gồm cả các vùng bình nguyên bằng phẳng, vùng đồi núi thấp, cao nguyên và các vùng núi cao hiểm trở. Độ cao trung bình của địa hình lục địa so với mực nước biển trung bình khoảng 875m. Đỉnh núi cao nhất (Verest) có độ cao 8848,13m.
Tương tự như lục địa, dù chìm sâu dưới nước biển nhưng địa hình đáy đại dương cũng phân dị hết sức phức tạp. Độ sâu trung bình của vỏ đại dương khoảng 3700m dưới mực nước biển trung bình. Nơi sâu nhất của đáy đại dương có độ sâu tới 11.033m (hố sâu Mariana). Địa hình đáy biển và đại dương được chia thành một số phần chính như sau :
- Rìa lục địa (đới chuyển tiếp lục địa - đại dương), thềm lục địa (phần tiếp giáp giữa rìa lục địa và phần biển khơi, tương đối nông và có độ dốc thoải [< 0,30]);
- Sườn lục địa (continental slope: phần nằm cạnh thềm lục địa, có độ dốc lớn và có độ sâu < 2000m);
- Chân lục địa (continental rise, nằm phía ngoài sườn lục địa và nối với bồn đại dương, thoải, độ sâu 2000 - 5000m).
- Rãnh nước sâu (oceanic trench) là các vực thẳm dạng tuyến hẹp và kéo dài, có độ sâu trên 6000m, chủ yếu phân bố quanh Thái Bình Dương, thường chạy song song với đường bờ của một số lục địa hoặc d•y các cung đảo).
- Cung đảo đại dương (là chuỗi các hòn đảo được hình thành từ sự phun trào của núi lửa hoặc xâm nhập của mac ma phân bố trong lòng các đại dương, thường chạy song song với các rãnh sâu đại dương và nằm ở phía tiếp giáp với lục địa, là nơi có hoạt động núi lửa và động đất mạnh mẽ).
- Bồn đại dương hay đồng bằng biển thẳm (phần đáy của đại dương bằng phẳng), độ dâu 4000 - 6000m; trong bồn đại dương có các vùng nhô cao cục bộ được gọi là các sea mounts hoặc abyssal hills - đồi biển thẳm? và các đồng bằng biển thẳm).
- Sống núi giữa đại dương (là các dãy núi ngầm ở giữa đáy đại dương -chiều dài tổng cộng tới 65.000km chiều cao trung bình so với đáy đại dương khoảng 2.000 - 3.000m và có nơi nổi lên trên bề mặt đại dương (Iceland). Dọc theo trung tâm của các sống núi thường là các dải sụt tương đối (rift) sâu 1 - 2 Km và rộng từ hơn 10km tới 50km) và dọc theo chúng thường xảy ra sự tách giãn và mở rộng đáy đại dương, các hoạt động động đất và núi lửa kèm theo là sự phun trào và xâm nhập của mac ma.
Hình
3:
Hình
thái
của
đáy
đại
dương.
2.2.3. Cấu tạo bên trong của trái đất
2.2.3.1. Đặc điểm chung
Các nhà khoa học tin rằng khi các hành tinh đất trở nên lớn hơn, nhiệt độ của chúng cũng tăng lên theo do tác động của năng lượng do động lực (e.g, do sự di chuyển của hành tinh), do va chạm của các thiên thạch lên hành tinh. Ngoài ra, nhiệt cũng được cung cấp liên tục từ các nguồn khắc mà một phần cơ bản là từ nhiệt do phân rã các nguyên tố phóng xạ tự nhiên có mặt trong thành phần của trái đất (uranium, thorium, potassium). Theo thời gian, các nguyên tố này có xu hướng tự phân rã để chuyển thành các nguyên tố mới và khi phân rã để tạo thành các nguyên tối mới thì chúng sẽ giải phóng nhiệt. Do đó nhiệt độ bên trong Trái đất sẽ càng ngày càng tăng và dẫn tới sự nóng chảy các vật chất. Các vật chất bị nóng chảy có tỷ trọng nhẹ (giàu các nguyên tố silic, nhôm, kiềm,…) sẽ dâng lên cao và di chuyển về phía bề mặt trái đất. Các vật chất có tỷ trọng nặng hơn như sắt bị nóng chảy có xu hướng chìm về phía trung tâm của Trái đất. Ngoài ra, một khối lượng khổng lồ khí ga còn được tạo thành và thoát ra ngoài vỏ trái đất thông qua các họng núi lửa. Các khí ga này có thành phần chủ yếu là hơi nước, đioxit cabon, metan, và có thể ammoniac đã tạo nên khí quyển của Trái đất. Cũng từ nguồn khí ga này mà hơi nước được ngưng tụ tạo thành nước và dần dần tràn nhập các đại dương. Sự nóng chảy từng phần đã làm cho trái đất chuyển từ một hành tinh đồng nhất ban đầu thành một trái đất bị phân lớp theo thành phần.
2.2.3.2.
Các
lớp
có
thành
phần
khác
nhau
Trái đất bao gồm 3 lớp có thành phần khác nhau. Phần trung tâm của trái đất là phần có mật độ cao nhất của trái đất, được gọi là nhân. Đây là một khối có hình cầu, cấu tạo chủ yếu bởi sắt và ít hơn là niken và một số nguyên tố khác. Lớp thứ 2, được gọi là mantle, có tỷ khối nhỏ hơn nhân nhưng cao hơn lớp ngoài cùng. Lớp ngoài cùng và mỏng nhất của trái đất được gọi là vỏ và được cấu tạo bởi loại đá cứng có tỷ trọng nhỏ hơn của mantle. Trong khi nhân và mantle có chiều dày tương đối ổn định và đồng nhất thì lớp vỏ lại không đồng nhất và có chiều dày biến đổi rất mạnh. Phần vỏ nằm bên dưới các đại dương, được gọi là vỏ đại dương, có chiều dày trung bình khoảng 8km trong khi đó phần vỏ bao gồm các lục địa, được gọi là vỏ lục địa, có chiều dày lớn hơn nhiều, trung bình khoảng 45 km và biến đổi từ 30 đến 70 km.
Các lớp khác nhau của vỏ trái đất được xác định 1 cách gián tiếp nhờ nghiên cứu sự thay đổi mật độ theo chiều sâu thông qua việc đo đạc tốc độ truyền sóng điện từ được tạo tàhnh bởi các trận động đất…trong đó mỗi lớp có mật độ và thành phần khác nhau sẽ có tốc độ truyền sóng và giá trị sóng điện từ khác nhau.
2.2.3.3. Các lớp có đặc tính vật lý khác nhau
Ngoài sự thay đổi thành phần, sự thay đổi bên trong trái đất còn được đặc trưng bởi những sự biến đổi khác trong đó quan trọng nhất là sự thay đổi đặc tính vật lý như sức bền của đá và trạng thái lỏng - rắn. Những sự thay đổi này bị khống chế bởi nhiệt độ và áp suất. Những nơi mà sự thay đổi đặc tính vật lý không trùng khớp với danh giới thành phần là các ranh giới giữa vỏ, mantle và nhân (hình…)
Hình ... Các lớp có thành phần và các lớp có đặc tính khác nhau của Trái đất.
- Nhân trong và nhân ngoài
Bên trong phần nhân trái đất có sự phân dị giữa phần trong và phần ngoài. Do áp suất quá cao mà phần nhân trong mặc dù có nhiệt độ rất cao nhưng sắt không thể tồn tại dạng dung dịch nóng chảy. Phần nhân cứng này được gọi là nhân trong (inner core). Vây quanh phần nhân trong là một lớp mà do sự cân bằng giữa nhiệt độ và áp suất làm cho sắt nóng chảy và tồn tại dạng dung dịch. Phần này được gọi là nhân ngoài (Outer core). Như vậy, sự khác nhau giữa nhân ngoài và nhân trong và ở đặc tính vật lý chứ không phải thành phần.
- Quyển giữa (Mesosphere)
Sức bền của một chất rắn bị khống chế bởi cả nhiệt độ và áp suất (nếu chất rắn bị nung nóng, sức bền của nó sẽ giảm và ngược lại). Sự khác nhau về nhiệt độ và áp suất đã phân chia vỏ và mantle của trái đất thành 3 đới có sức bền khác nhau. ở phần trong các đá có thể có sức bền tương đối lớn mặc dù chúng có nhiệt độ khá cao. Như vậy, trong lòng trái đất tồn tại một đới rắn chắc có nhiệt độ cao nhưng cũng có sức bền tương đối cao nằm giữa khoảng từ ranh giới nhân mantle (khoảng 2883 km) tới độ sâu 350 km và đới này được gọi là quyển giữa hay quyển trung gian.
- Quyển mềm (asthenosphere)
Trong phần trên của mantle, từ độ sâu 350 km tới khoảng giữa 100 - 200 km dưới mặt đất là một đới được gọi là quyển mềm (hay quyển yếu - Weak sphere), nơi mà sự cân bằng về nhiệt độ và áp suất làm cho đá có sức bền rất kém. Khác hẳn với đá trong quyển giữa, đá trong quyển mềm rất mềm dẻo và dễ bị biến dạng, tương tự như ngựa đường bị làm nóng. Các nhà địa chất đều cho rằng quyển mềm có cùng thành phần với quyển giữa, sự khác nhau giữa chúng chỉ là đặc tính vật lý (làm thay đổi sức bền của đá) mà thôi.
- Thạch quyển (Lithosphere)
Nằm bên trên quyển mềm là đới ngoài cùng có sức bền cao nhất, nơi mà các đá nguội hơn, bền hơn, cứng hơn các đá quyển mềm. Đới này bao gồm cả phần trên cùng của mantle và phần vỏ trái đất và được gọi là thạch quyển. Chú ý rằng mặc dù vỏ và mantle có thành phần khác nhau, nhưng đặc tính vật lý là sức bền của đá là đặc điểm để phân biệt giữa thạch quyển và quyền mềm. Sự khác nhau này được quyết định bởi nhiệt độ và áp suất. ở nhiệt độ 1.3000C và áp suất tương ứng với độ sâu 100 km, tất cả các loại đá đều mất sức bền và dễ dàng biến dạng. Độ sâu này tương ứng với đáy của thạch quyển bên dưới các đại dương (hay thường được gọi là thạch quyển đại dương (Oceanic lithosphere). Ngược lại, đáy của thạch quyển lục địa (continental lithosphere) tồn tại ở độ sâu khoảng 200 km. Lý do của sự khác nhau này là sự khác nhau của gradient địa nhiệt.
2.2.3.4. Gradient địa nhiệt trong lòng trái đất
- Gradient địa nhiệt là sự thay đổi nhiệt độ theo chiều sâu. Gradient địa nhiệt trong thạch quyển không đồng nhất ở các vị trí khác nhau do sự phân dị của thành phần của đá hoặc do hoạt động mac ma hoặc các nguồn nhiệt cục bộ khác. Tuy nhiên, sự khác nhau lớn nhất và quan trọng nhất là sự khác biệt về chiều dày của thạch quyển đại dương và thạch quyển lục địa.
Nhiệt độ di chuyển trong vỏ chủ yếu là do sự truyền dẫn (Conduction) chứ không phải do sự lưu chuyển (Convection) do thạch quyển quá cứng chắc. Do sự truyền dẫn diễn ra một cách từ từ bên đường cong Gradient địa nhiệt trong thạch quyển rất dốc (nhiệt độ thay đổi nhanh chóng theo độ sâu). Nhiệt độ tại ranh giới thạch quyển và quyển mềm là khoảng 13000C bên dưới đại dương và 13500C bên dưới lục địa. Nếu giả sử nhiệt độ ở bề mặt trái đất bằng 00C và chiều dày của thạch quyển đại dương là 100 km thì Gradient địa nhiệt trung bình của thạch quyển này là khoảng 130C/km. Ngược lại, với chiều dày khoảng 200 km, Gradient địa nhiệt trong thạch quyển lục địa chỉ vào khoảng 6,70C/km .
- Gradient địa nhiệt trong quyển mềm và quyển giữa
Vì trong quyển mềm và quyển giữa nhiệt độ ở mọi nơi đều cao và các đá đều rất mềm dẻo nên các dòng đối lưu có thể thành tạo. Kết quả là trong những phần sâu hơn của trái đất thì các dòng đối lưu nhiệt là cơ chế quan trọng nhất trong việc truyền nhiệt. Khi đá trong phần sâu của trái đất bị nung rất nóng, chảy dẻo và dâng lên cao do sự đối lưu, khi lên phần trên của trái đất chúng sẽ nở ra do áp suất giảm xuống. Nhiệt độ cũng bị giảm nhưng năng lượng nhiệt trong đá không bị mất đi. Quá trình này được gọi là sự giãn nở đoạn nhiệt (Adiabatic), nghĩa là không có sự mất hoặc thu nhiệt. Gradient mềm bị dịch chuyển tương đương với khối lượng của thạch quyển bị chìm.
Sự cân bằng tỷ trọng sẽ đạt được tại 1 độ sâu nhất định mà ở đó khối lượng của thạch quyển cân bằng với khối lượng của quyển mềm. Như vậy, nếu tỷ trọng của thạch quyển lớn hơn của quyển mềm thì sự cân bằng tỷ trọng sẽ đạt được trước khi thạch quyển chìm hẳn xuống quyển mềm và thạch quyển sẽ nổi. Trong trường hợp ngược lại, vật chất sẽ chìm hẳn xuống dưới dung dịch và tương ứng với giai đoạn phân dị ban đầu của trái đất khi sắt nóng chảy, với tỷ trọng khoảng 15gm/cm3 lắng đọng vào trung tâm của trái đất tiền sử để tạo thành nhân còn các vật chất giài silicat có tỷ trọng thấp sẽ nổi lên phần bề mặt.
Trường hợp này cũng có thể được giải thích với ví dụ thả viên nước đá vào cốc nước. Vì tỷ trọng của viên nước đá là 0,9gm/cm3 và tỷ trọng của nước là 1gm/cm3, viên nước đá sẽ nổi trong nước với 90% khối lượng của nó nằm dưới nước.
Hình...: A. Khái niệm về đẳng tĩnh và sự cân bằng đẳng tĩnh; B. Cân bằng đẳng tĩnh của vỏ
Trái đất trên manti.
Độ chìm sâu của vật nổi (thạch quyển) trong môi trường lỏng (quyển mềm) có thể được xác định nhờ tỷ trọng của cả 2 vật chất mà không phụ thuộc vào kích thước của vật thể nổi.
Sự cân bằng đẳng tĩnh
Sự đẳng tĩnh (isostasy)của vỏ Trái đất là sự chuyển động thẳng đứng do tác động của trọng lực của lớp đá trong quyển mềm. Vì lớp thạch quyển nằm trên quyển mềm nên hành vi giữa chúng sẽ tương tự như việc thả một vật cứng vào một dung dịch lỏng. Tỷ trọng sẽ làm cho thạch quyển tại một vị trí nhất định chìm vào quyển mềm (dung dịch dẻo - lỏng) cho đến khi khối lượng của quyển chuyển kiểu này là quyển mềm. Sự di chuyển của vật chất trong quyển mềm tới đáy của thạch quyển lục địa sẽ làm cho thạch quyển nằm trên bị nổi lên cao do tỷ trọng của quyển mềm cao hơn. Vì vậy, bề mặt của vỏ lục địa sẽ nổi cao hơn bề mặt phía trên của vỏ đại dương cho đến khi khối lượng tại một điểm trên vỏ lục địa tới trung tâm trái đất tương đương với khối lượng của một điểm tương tự trên vỏ đại dương. Tuỳ thuộc vào chiều dày của vỏ lục địa mà sự điều chỉnh khối lượng của quyển mềm dưới thạch quyển lục địa sẽ diễn ra (hoặc là tăng lên hoặc giảm đi) và do đó chiều sâu của thạch quyển tới quyển mềm và độ nổi cao của bề mặt của vỏ lục địa sẽ phụ thuộc vào chiều dày của từng phần của vỏ lục địa. Thạch quyển lục địa chìm xuống quyển mềm sâu nhất ở bên dưới các dãy núi lớn (có chiều dày lớn) và nông nhất ở rìa lục địa. Phần khối lượng đá của thạch quyển lục địa chìm sâu xuống quyển mềm bên dưới các d•y núi được gọi là chân (root) của các dãy núi.
Như vậy sự cân bằng đẳng tĩnh là sự cân bằng tỷ trọng giữa thạch quyển và quyển mềm nằm dưới. Sự cân bằng đẳng tĩnh xảy ra khi khối lượng tại bất cứ điểm nào trên bề mặt trái đất tới trung tâm của trái đất là không đổi. Tuy nhiên do tỷ trọng trung bình của vỏ lục địa là 2,7gm/cm3, vỏ đại dương là 3gm/cm3 và của quyển mềm là 3,3gm/cm3 nên khối lượng xác định tại một điểm trên vùng có vỏ lục địa tới trung tâm trái đất sẽ nhỏ hơn khối lượng của một điểm trên vùng có vở đại dương kề với vỏ lục địa nói trên tới tâm trái đất. Kết quả là phần thạch quyển mang vỏ lục địa sẽ không có sự cân bằng đẳng tĩnh. Để tái lập sự cân bằng đẳng tĩnh thì một khối lượng bổ sung phải di chuyển tới vùng đáy của thạch quyển lục địa. Chỉ có một phần của trái đất có khả năng di địa nhiệt do sự gi•n nở đoạn nhiệt vào khoảng 0,50C/km dọc theo ranh giới nhân - mantle. Nhiệt độ của nhân trái đất được tính toán dựa trên giả thuyết về Gradient đoản nhiệt trong quyển mềm và quyển giữa.
Hình
...
Sự
cân
bằng
đẳng
tĩnh
của
vỏ
Trái
đất
trên
manti.
2.2.4. Các đặc tính vật lý khác của trái đất
2.2.4.1. Trọng lực và tỷ trọng
- Trọng lực (Gravity) là lực hấp dẫn hướng tâm của trái đất. Do trái đất không phải là một hình cầu hoàn chỉnh dẹt lại ở hai cực và phình ra dọc xích đạo, trong đó đường kính tại xích đạo lớn hơn tại hai cực là 21km, nên lực hấp dẫn lên một vật thể trên mặt trái đất tại vùng cực sẽ lớn hơn tại xích đạo [lực hấp dẫn giữa 2 vật thể tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa tâm 2 vật đó]. Tuy nhiên, trọng lực có thể thay đổi một cách bất thường ở các vị trí khác nhau của trái đất do sự khác nhau về tỷ trọng (hay mật độ) của các loại đá khác nhau trong thạch quyển. Những sự thay đổi đó tạo nên các dị thường trọng lực.
Tỷ trọng (Density): Tương tự như sự thay đổi về trọng lực và chiều dày, tỷ trọng của các phần khác nhau của trái đất cũng thay đổi. Vỏ đại dương, được cấu tạo tương đối đồng nhất và chủ yếu là lớp gabro - basalt có tỷ trọng khoảng 3gm/cm3. Ngược lại, vỏ lục đại có thành phần phức tạp, bao gồm sự pha trộn của đá magma, biến chất và trầm tích có tỷ trọng trung bình khoảng 2,7gm/cm3. Phần mantle trên nằm bên dưới lớp vỏ trái đất có tỷ trọng đồng nhất và ở khoảng 3,3gm/cm3. Như vậy thì sự biến đổi về tỷ trọng trong trái đất sẽ chủ yếu phụ thuộc vào sự thay đổi tỷ trọng của lớp vỏ, đặc biệt là lớp vỏ lục địa.
2.2.4.2. Từ trường của Trái đất
Trường từ của trái đất tương tự như một trường từ được tạo thành bởi một thanh nam châm khổng lồ đặt trong lòng trái đất có phương kéo dài (trục từ) hợp với trục quay của trái đất (hay trục Bắc - Nam địa lý) 1 góc khoảng 120 (hiện cực Bắc từ đang nằm trong vùng có tọa độ khoảng vĩ độ 76 bắc, kinh độ 101tây - thuộc miền Bắc Canada). Độ lệc từ này, hay độ lệch từ giữa các đường kinh tuyến từ và kinh tuyến địa lý tại các vị trí khác nhau dọc kinh tuyến được gọi là độ từ thiên. Bên cạnh đó, khi di chuyển từ cực về xích đạo thì góc cắm này giảm dần và ở vùng xích đạo thì hướng của từ trường nằm song song với mặt đất. Sự thay đổi góc cắm của từ trường đó được gọi là độ từ khuynh (Inclination).
Trường từ của trái đất không được tạo ra bởi cơ chế đẳng từ như đối với thanh nam châm vì nó phải có độ từ hóa rất lớn và ở trong vùng có nhiệt độ lớn hơn nhiều so với nhiệt độ Curie (là nhiệt độ tới hạn mà cao hơn nó sự liên kết từ giữa các nguyên tử không xảy ra được và vật chất mang từ có hành vi như vật chất không từ). Trường từ của trái đất có lẽ được tạo thành từ quá trình động lực (Dynamic), liên quan tới sự đối lưu của sự tích điện trong dung dịch ở phần nhân ngoài, được gọi là sự từ thủy động lực học (Magnetohydrodynamics). Tuy nhiên, để thuận lợi cho việc tính toán các nhà khoa học coi trường từ trái đất dạng một thanh nam châm hai cực để xác định trường từ ở bất kỳ điểm nào trên trái đất.
Hình... Khái niệm về trường từ của Trái đất
Trường từ của trái đất thay đổi liên tục theo thời gian, do sự thay đổi của cấu hình các dòng đối lưu trong nhân trái đất, gọi là sự thay đổi trường kỳ (Secular variation). Nghĩa là hướng của một trường từ tại một điểm địa lý bất kỳ sẽ xoay một cách bất thường quanh một trục từ xác định với chu kỳ vài ngàn năm. Ngoài ra, trường từ của trái đất còn có thể có sự đảo cực theo những khoảng thời gian nhất định (2000 - 3000 năm).
Nghiên cứu sự thay đổi trường từ Trái đất trong quá khứ được dựa vào thực tế là có nhiều loại đá chứa các khoáng vật có từ tính tạo thành các nam châm cổ. Các khoáng vật giàu sắt như Magnetite có mặt rất nhiều trong các đá phun trào basalt. Khi các khoáng vật này động nguội xuống dưới nhiệt độ Curie (khoảng 5800C) trong quá trình kết tinh của đá, chúng bị từ hóa theo phương của từ trường trái đất tại thời điểm kết tinh. Khi đá nguội hơn, trường từ này bị “đóng băng” và giữ nguyên tính chất từ và sự định hướng nguyên thủy của nó (từ dư - Remanent magnetism) kể cả khi bản thân khối đá bị di chuyển và trở thành “hóa thạch” từ hoặc cổ từ. Ngoài việc chỉ thị hướng của trường từ cổ, nghiên cứu các khoáng vật bị từ hóa còn giúp ta xác định được vị trí của đá khi nó được thành tạo (bằng cách xác định độ từ thiên và độ từ khuynh). Nghiên cứu cổ từ trong các đá có các khoáng vật từ hóa có tuổi khác nhau trên cùng một lục địa còn giúp ta xác định được sự di chuyển của các địa mảng trong quá khứ thông qua việc xác định vị trí của các tâm từ (magnetic pole) và đường đi của chúng (polar wander path).
2.3. Thành phần vật chất của vỏ trái đất
2.3.1. Thành phần địa hóa
Thành phần địa hóa của vỏ Trái đất
Vỏ trái đất được cấu tạo bởi các vật chất tồn tại trong các trạng thái khác nhau. Các vật chất đó kết hợp với nhau theo nhiều cách khác nhau để tạo nên các lớp khác nhau của vỏ Trái đất nói riêng và toàn bộ Trái đất nói chung.
Thành phần cơ bản nhất của vỏ Trái đất là các nguyên tố hóa học. Trong vỏ trái đất, các nguyên tố hóa học tồn tại dưới dạng phân tán không đồng đều, kết hợp với nhau tạo thành các khoáng vật và các đá khác nhau.
Hầu hết các nguyên tố trong bảng tuần hoàn Mendelev đều có mặt trong thành phần của vỏ trái đất. Trong số đó chỉ có một số ít các nguyên tố đóng vai trò quyết định trong việc tạo đá và tạo lớp vỏ trái đất.
Năm 1889 W. Clark (Mỹ) đã lần đầu tiên phân tích và tính toán hàm lượng trung bình, trị số % trọng lượng nguyên tử của nguyên tố trong vỏ trái đất của 50 nguyên tố chủ yếu nhất trong vỏ trái đất. Nhiều nhà khoa học khác cũng tiến hành phân tích, tính toán và cho kết quả không quá sai khác giá trị trung bình trên được gọi là trị số Clark. Ngày nay trị số Clark được tính cho nhiều nguyên tố khác.
Trong số hơn 100 nguyên tố của vỏ Trái đất thì chỉ có 8 nguyên tố chính trong thành phần và chiếm tới 98% trọng lượng của vỏ lục địa (Bảng 1).
Bảng 1. Các nguyên tố phổ biến nhất trong vỏ Trái đất và tỷ trọng của chúng (theo Goldsmith, 1937).
TT Tên nguyên tố % trọng lượng TT Tên nguyên tố % trọng lượng 1 Oxy 46,6% 6 Natri 2,8% 2 Silic 27,7% 7 Kali 2,6% 3 Nhôm 8,1% 8 Magie 2,1% 4 Sắt 8,0% 9 Các nguyên tố khác 1,5% 5 Canxi 3,6%
- Thành phần vật chất của trái đất cũng gần giống với của sao Kim, sao Hỏa, Mặt trăng.
- Các kim loại có ích chiếm một tỷ lệ rất thấp trong vỏ trái đất.
2.3.2. Khoáng vật
2.3.1.1. Các khoáng vật và thành phần hóa học của chúng
Thuật ngữ khoáng vật được dùng trong địa chất để chỉ các hợp chất hóa học rắn, thành tạo trong tự nhiên, có thành phần nhất định và có cấu trúc tinh thể đặc trưng. Khoáng vật có 2 đặc điểm chính là:
- a. Thành phần: Các nguyên tố hóa học và hàm lượng của chúng; và
- b. Cấu trúc tinh thể: Là cấu hình sắp xếp không gian của các nguyên tử của các nguyên tố hóa học liên kết nhau trong một khoáng vật.
- Cấu trúc tinh thể
Trong khi các nguyên tử trong các loại khí và dung dịch di chuyển hỗn độn thì các nguyên tử trong phần lớn các chất rắn được sắp xếp theo những hình thái có trật tự. Hình thái cấu trúc mà các nguyên tử liên kết nhau trong một chất rắn được gọi là Cấu trúc tinh thể và các chất rắn có một cấu trúc tinh thể nhất định được gọi là tinh thể (Hình...). Các chất rắn không có cấu trúc tinh thể là dạng vô định hình (Amorphous, chẳng hạn thủy tinh…). Tất cả các khoáng vật đều là các tinh thể và cấu trúc tinh thể của một khoáng vật là một đặc trưng riêng của khoáng vật đó.
- Định nghĩa một khoáng vật
Một hợp chất được gọi là khoáng vật phải thỏa mãn các điều kiện sau :
a. Phải được thành tạo trong tự nhiên. (Không tính đến các hợp chất được tổng hợp trong phòng thí nghiệm).
b. Phải là một chất rắn, (không tính đến tất cả các loại khí và chất lỏng).
c. Phải có thành phần hóa học nhất định. (Điểm này loại trừ tất cả các hợp phần rắn như thủy tinh có thành phần thay đổi liên tục…) . Thêm vào đó, thành phần hóa học nhất định nghĩa là khoáng vật phải chứa một tỷ lệ nhất định của Cation/Anion.
d. Phải có cấu trúc tinh thể đặc trưng (điểm này loại trừ tất cả các vật chất vô định hình).
Thuật ngữ nhóm khoáng vật dùng để chỉ một khoáng vật có sự thay thế các ion theo trật từ khác nhau tạo ra các biến thể mà không có sự thay đổi về tỷ lệ Anion/Cation. Mỗi biến thể hoàn hảo của một nhóm khoáng vật được đặt một tên riêng.
- Mineraloid
Thuật ngữ Mineraloid được dùng để chỉ một số hợp chất rắn tồn tại trong tự nhiên nhưng đáp ứng được các tiêu chuẩn của khoáng vật (e. g. Không có thành phần nhất định, cấu trúc tinh thể riêng, hoặc cả 2 ; e.g, Thủy tinh, Opal…).
- Khoáng vật đa hình (Polymorphs)
Mỗi khoáng vật có một cấu trúc tinh thể nhất định. Tuy nhiên, một số hợp chất có thể tạo thành 2 hoặc nhiều khoáng vật khác nhau do các ion có thể liên kết để tạo thành nhiều hơn 1 loại cấu trúc tinh thể (e. g, than đá, kim Cương và graphit). Những hợp chất có thể tạo ra nhiều hơn một loại cấu trúc tinh thể được gọi là một khoáng vật đa hình.
2.3.2.2. Đặc tính vật lý của các khoáng vật
Mỗi khoáng vật được đặc trưng bởi một sự sắp xếp có trật tự của các nguyên tử (cấu trúc tinh thể) và có thành phần hóa học riêng, tạo ra một tổ hợp của các đặc tính vật lý. Vì các thành phần hóa học và cấu trúc bên trong của khoáng vật rất khó xác định nếu không có các phương tiện hiện đại nên thông thường để nhận dạng một khoáng vật thì các đặc tính vật lý đặc trưng và dễ xác định thường được sử dụng. Sau đây là một số đặc tính vật lý đặc trưng nhất.
+Hình dạng tinh thể (Crystal form) và dạng mọc (Growth habit)
Hình dạng tinh thể là sự biểu hiện hình thái bên ngoài của một khoáng vật, phản ánh sự sắp xếp có trật tự của các nguyên tử bên trong khoáng vật. Thông thường, nếu một khoáng vật được thành tạo tự do (không bị khống chế không gian) thì nó sẽ phát triển dưới dạng các tinh thể độc lập với các mặt tinh thể hoàn chỉnh.
Hình... Hình dạng của một tinh thể, thường được gọi là cấu trúc tinh thể, là biểu biện bên ngoài của sự sắp xếp một cách có hệ thống của các nguyên tử hoặc ion bên trong mạng tinh thể.
Một số khoáng vật có hình dạng tinh thể đặc trưng và có thể sử dụng như là một tiêu chí để nhận dạng. Tuy nhiên, trong phần lớn trường hợp do sự mọc của tinh thể bị gián đoạn do thiếu không gian. Kết quả là sự mọc xen của một tập hợp tinh thể trong đó không có những tinh thể hoàn chỉnh.
+ Màu
Màu là một trong những đặc trưng nổi bật nhất của khoáng vật. Tuy nhiên nó thường không phải là một tiêu chí tin cậy để nhận dạng khoáng vật vì một khoáng vật có thể có nhiều màu khác nhau nếu trong khoáng vật có nhiễm các tạp chất khác nhau (dạng các nguyên tử) trong cấu trúc tinh thể của nó.
+ ánh (Luster)
ánh của khoáng vật là mức độ phản xạ ánh sáng của bề mặt của một khoáng vật. Các khoáng vật có sự phản xạ ánh sáng như kim loại, không kể màu sắc, có ánh kim loại. Các khoáng vật không có ánh kim loại được mô tả dưới nhiều tên gọi khác nhau như ánh thủy tinh (Glassy), ánh ngọc trai (Pearly), ánh lụa (Silky), ánh nhựa (Resinous), và ánh đất/mờ (Dull). Một số khoáng vật có ánh gần với kim loại được gọi là ánh bán kim. Một số khác có ánh chói sáng như kim cương được gọi là ánh kim cương (Admantine).
+ Màu vết vạch (Streak)
Đây là màu của 1 khoáng vật dưới dạng bột mịn, thu được bằng cách miết khoáng vật lên một miếng sứ không tráng men (được gọi là tấm vách). Mặc dù màu của khoáng vật có thể biến đổi nhưng màu vết vạch của nó thường không đổi và do đó là một đặc tính nhận dạng tin cậy hơn. Màu vết vạch còn là tiêu chí hỗ trợ để phân biệt khoáng vật có ánh kim loại (thường có màu vết vạch sẫm, đậm) với khoáng vật có ánh không kim loại.
+ Độ cứng (Hardness)
Một trong những tiêu chí nhận dạng khoáng vật quan trọng là độ cứng và khả năng chống lại bào mòn hoặc xây xước. Đặc tính này được xác định bằng cách miết một khoáng vật có độ cứng chưa biết vào một khoáng vật khác có độ cứng đ• biết. Độ cứng có thể chia theo giá trị số theo thang độ cứng của Moh : 1, Talc; 2, Gypsum; 3, Calcite; 4, Fluorite; 5, Apatite; 6, Octoclase; 7, Thạch anh; 8, Topaz; 9, Corundum; 10, Diamond. Một khoáng vật chưa biết độ cứng có thể được so sánh với các khoáng vật đó hoặc các vật biết độ cứng khác (Ví dụ : Móng tay có độ cứng 2,5; đồng xu bằng đồng : 3, Thuỷ tinh : 5).
+ Cắt khai (Cleavage)
Cắt khai là xu hướng dễ phân tách của khoáng vật dọc theo các mặt CS liên kết nguyên tử yếu trong cấu trúc tinh thể. Các khoáng vật có cắt khai thường được đặc trưng bởi các mặt nhẵn được tạo ra theo một phương nhất định khi khoáng vật bị dập vỡ. Một số khoáng vật có vài mặt cắt khác nhau trong khi đó nhiều khoáng vật lại không có sự cắt khai rõ ràng hoặc không có cắt khai. Cắt khai khác với dạng tinh thể. Khi một khoáng vật có cắt khai, nó sẽ dập vỡ thành các mảnh có cùng hình dạng với mẫu ban đầu. Ngược lại, nếu khoáng vật không có cắt khai thì khi bị dập vỡ, nó sẽ vỡ thành các mảnh có hình dạng hết sức khác nhau.
+ Vết vỡ (Fracture)
Các khoáng vật không có cắt khai bị vỡ thường tạo ra vết vỡ. Một số vỡ theo các mặt nhẵn và cong như là miếng kính vỡ được gọi là vết vỡ Conchoidal. Nhiều khoáng vật dập vỡ thành các mảnh hoặc sợi nhưng phần lớn vết vỡ có dạng bất thường.
+ Trọng lượng riêng (Specific gravity)
Trọng lượng riêng là một số đặc trưng cho tỷ lệ giữa khối lượng của khoáng vật và khối lượng của một thể tích nước tương tự ở 40C. Trọng lượng riêng của khoáng vật được quyết định bởi loại nguyên trong cấu trúc tinh thể và mức độ sắp xếp chặt sít của chúng.
+ Các đặc tính khác
Ngoài những đặc tính trên, một số khoáng vật còn có một vài đặc tính vật lý khác như sự phản ứng với axit hoặc mùi vị. Một số loại khoáng vật Carbonate như Calcite thường phản ứng sủi bọt khi tiếp xúc với Axit và đây là một tiêu chí nhận dạng khoáng vật. Một số khoáng vật khác như muối mỏ (Halite, Sylvite) thường có vị mặn hoặc chát.
2.3.2.5. Các nhóm khoáng vật
Gần 4000 khoáng vật đã được xác định và hàng năm có khoảng 40 – 50 khoáng vật mới được nhận dạng. Tuy nhiên, chỉ có khoảng vài chục khoáng vật phổ biến nhất và chỉ một số trong chúng tạo thành phần lớn các loại đá trong vỏ Trái đất (Bảng 2).
Bảng 2. Phân loại các khoáng vật phổ biến nhất của vỏ Trái đất.
a. Các khóang vật silicat thông thường
+ Các khóang vật Sắt – Magie
* Nhãm ¤lªvin
Fayalite
Fosferite
Fe2S2O4
Mg2SiO4
* Nhãm Pyroxen
Augite
(Ca, Na) (Mg, Fe2+, Fe3+, Al)2 (Si, Al)2O6
* Nhãm Amphibole
Hornblende
(Ca, Na)2 – 3 (Mg, Fe2+, Fe3+, Al)5 (Al, Si)8 O22 (OH)2
* Nhãm Mica
Biotite
K. (Mg, Fe2+)3 (Al, Fe3+) Si3O10 (OH)2
+ C¸c kho¸ng vËt kh«ng S¾t – Magie
* Nhãm Feldspar
- Phô nhãm plagioclas feldspar
Anorthite
Albite
- Otoclas
* Nhãm Mica
Muscovite
CaAl2 Si2O8
NaAlSi3O8
KalSi3O8
KAl2(Al, Si3) O8 (OH2)
b. Các khóang vật không có Silicat thông thường
* Oxyt
Hematit
Corindon
Al2O4
Fe2O3 * Nitrat
Niterat kali
Niterat natri
KNO3
NaNO3
* Carbonat
Canxit
Colomit
CaCO3
(Ca, Mg) CO3 * Photphat
Fluorapatit
Chlorapatit
Ca5(PO4)3 F
Ca5(PO4)3 Cl
* Sunphat
Gypsit
Auhydrit
CaSO4 2H2O
CaSO4 * Halides :
Halit
Sylvit
Fluorit
NaCl
KCl
CaF2
* Sunphua
Galena
Sphalerit
Pyrotit
PbS
ZnS
FeS * Các nguyên tố
Graphit
Lưu hùynh
Vàng
Bạc
Đồng
Platin tù sinh
C
S
Au
Ag
Cu
Pt
* Disunphua
Pyrit .... ......Chancopyrit
FeS2
CuFeS2
Cấu trúc của các khoáng vật này được thành tạo chủ yếu bởi 2 nguyên tố Oxy và Silic và chúng tạo thành nhóm khoáng vật phổ biến nhất là nhóm Silicate. Các khoáng vật khác tạo thành một nhóm lớn là không Silicate. Trong đó nhóm khoáng vật quan trọng thứ hai là các khoáng vật Carbonate, một số loại muối như Gysum và Halite. Ngoài ra, một số khoáng vật có ý nghĩa kinh tế là các khoáng vật quặng kim loại (Hematite, Sphalerite, Galena, các nguyên tố tự sinh [vàng, bạc, kim cương], và các loại khoáng vật chứa quặng khác).
Tuỳ thuộc vào hàm lượng của Sắt và Magie mà các khoáng vật Silicate lại được chia thành các phụ nhóm là chứa Sắt – Magie (Ferromagnesian) và không chứa Sắt – Magie (Nonferromagnesian). Tuỳ thuộc vào cấu trúc mạng tinh thể mà các phụ nhóm lại được chia thành các lớp. Các khoáng vật không Silicate được phân loại dựa vào các Anion hoặc nhóm chức (Functional Group).
Bảng…thống kê các khoáng vật đặc trưng nhất thuộc nhóm khác nhau.
- Các khoáng vật Silicate
Tất cả các khoáng vật tạo đá Silicate đều có chung một cấu trúc cơ sở (gốc) là SiO4 với 4 nguyên tử oxy vây quanh một nguyên tử Si, tạo thành một tứ diện Silic – Oxy, là một Cation Silicate hóa trị –4. Trong tự nhiên, các gốc hóa trị này sẽ kết hợp với các Anion hóa trị dương để trung hòa. Sự kết hợp khác nhau giữa các loại anion với gốc SiO4– và giữa các gốc SiO4- sẽ tạo ra cấu trúc bền vững về mặt hóa học. Một cấu trúc tinh thể có thể được xem như một sự sắp xếp 3 chiều của các anion hoặc các nhóm phức liên kết với nhau bởi Cation. Chúng thường tạo thành 1 trong 5 cấu trúc tinh thể.
- Các khoáng vật quặng
Thuật ngữ khoáng vật quặng dùng để chỉ các khoáng vật được tìm kiếm và sử dụng để tách lọc các kim loại có ý nghĩa kinh tế. Các khoáng vật này thường là các nguyên tố (tự sinh), các Ôxit, hoặc Sunphua. Ngoài các khoáng vật nêu trên một số khoáng vật Ôxit hoặc Sunphua kim loại đóng vai trò là khoáng vật quặng quan trọng.
Các khoáng vật Sunphua
Các khoáng vật Sunphua thông thường đều có ánh kim loại và có trọng lượng riêng lớn. Hai khoáng vật phổ biến nhất là Pyrit (FeS2) và Pyrotin (FeS). Phần lớn chì và kẽm trên thế giới đều được thu hồi từ các khoáng vật Galena (PbS) và (ZnS), và phần lớn đồng đều được thu hồi từ Chancopyrit (CuFeS2). Các kim loại khác được điều chế tự quặng Sunphua bao gồm Coban, Thủy ngân, Molypden, và Bạc.
Các khoáng vật Ôxit
Vì Sắt là một trong những nguyên tố phổ biết nhất trong vỏ trái đất nên khoáng vật các khoáng vật Ôxit sắt (Fe304) và Hematite (Fe203) là hai khoáng vật Ôxit phổ biến nhất. Chúng là những khoáng vật quặng sắt chủ yếu. Ngoài ra còn một số quặng Ôxit quan trọng khác như Bauxit (Al2O3) – là nguyên liệu để điều chế nhôm, Rutin (TiO2) là khoáng vật chứa Titan chủ yếu, hoặc Caxiterit (SnO2).
2.3.2.6. Cấu trúc tinh thể khoáng vật
Dựa vào sự sắp xếp và đặc tính liên kết giữa các nguyên tố trong các khoáng vật, người ta có thể chia cấu trúc của các loại tinh thể khoáng vật khác nhau thành các lớp sau:
a.Tứ diện đơn (Single tetrahedral)
b. Mạch đơn (Single chain).
c. Mạch kép (Double chains).
d. Lớp.
e. Cấu trúc khung.
Các cấu trúc này được minh họa trong Hình…..Cũng lưu ý rằng khi cấu trúc tinh thể trở nên phức tạp thì thành phần nguyên tố tạo nên khoáng vật trở nên đa dạng hơn.
Cấu
trúc
tinh
thể
tứ
diện
đơn
Trong cấu trúc tứ diện riêng rẽ thì các tứ diện sắp xếp riêng rẽ và liên kết với nhau bởi các Cation. Tỷ lệ Silic : Oxy của các khoáng vật này là Olivine. Ví dụ điển hình là các khoáng vật nhóm Olivine (Fe, Mg) SiO4. Đây là một chuỗi dung dịch cứng (Solid - Solution) bao gồm một nhóm các khoáng vật có cấu trúc giống nhau nhưng có các ion kim loại khác nhau có cùng kích thước có thể thay thế cho nhau.
Một chuỗi dung dịch cứng thường có 2 khoáng vật cuối cùng (end – nember) trong đó tất cả các vị trí Cation tiềm tàng đều được chiếm giữ bởi một loại Ion. Giữa 2 thành viên này là các khoáng vật mà các vị trí Cation thường bị chiếm giữ bởi 2 hay nhiều hơn các Cation khác nhau. Các khoáng vật tứ diện đơn khác còn có Garnet, Topaz…
- Cấu trúc tinh thể dạng mạch đơn
Trong cấu trúc tinh thể dạng mạch đơn thì các tứ diện Silic – Oxy được nối với nhau tạo thành một mạch trong đó 2 góc của mỗi tứ diện nối với nhau, tạo thành một đơn vị với tỷ lệ Silic – Oxy là 1 : 3. Đại diện điển hình nhất của cấu trúc này là nhóm Pyroxene (Hình…) mà thành viên cuối Augit {(Ca, Na)(Mg, Fe3+, Fe2+, Al) [(Si, Al)2O6]} là phổ biến nhất. Sự liên kết yếu hơn giữa các mạch nằm cạnh nhau bởi các Ion dương so với sự liên kết chặt chẽ trong mạch dẫn đến sự thành tạo cắt khai trong khoáng vật (chẳng hạn 2 mặt cắt khai vuông góc nhau trong Pyroxene…Hình…).
- Cấu trúc dạng mạch kép
Cấu trúc dạng mạch kép được hình thành khi 2 mạch đơn liên kết với nhau bằng cách chia xẻ các nguyên tử Oxy. ở đây góc thứ 3 của tứ diện nối với nhau. Cấu trúc khung được đặc trưng bởi nhóm khoáng vật Amphibol mà thành viên Hornblende {(Na, Ca)2-3(Mg, Fe2+, Fe3+, Al)[(Si, Al)2O22(OH)2} là phổ biến nhất.
Cấu trúc mạch kép giống như các tấm ván với cấu trúc tinh thể được hình thành bằng cách chất các tấm lần lượt chồng lên nhau và gắn với nhu bởi các Cation (Hình…). Sự gắn kết yếu giữa các mạch kép bởi các Ion dương cũng tạo nên các cắt khai đặc trưng của khoáng vật (như Amphibole, Hình….).
- Cấu trúc lớp
Trong cấu trúc lớp, các tứ diện Silicate nối với nhau tạo thành các lớp với cấu trúc hình 6 cạnh cân xứng (Hình…). Ba nguyên tử Ôxy của mỗi tứ diện liên kết với các Ion khác và để lại 1 Ion trống nằm phía ngoài của lớp. Tỷ lệ (Silic + nhôm) : Oxy là 2 : 5. Hầu hết các khoáng vật dạng lớp đều được hình thành bởi sự liên kết của 2 lớp tứ diện với nhau với các Cation nối các mặt Oxy hóa trị âm. Sự gắn kết giữa các lớp tứ diện rất chặt chẽ. Các lớp liên kết xếp chồng lên nhau tạo ra cấu trúc của khoáng vật. Đại diện của cấu trúc này là nhóm Mica. Trong nhóm này, khoáng vật Mica Sắt – Magie, Biotite, {K (Mg, Fe2+)3(Al, Fe3+)Si3O10(OH)2} hai lớp tứ diện được liên kết với nhau bởi sắt hoặc Magie trong khi đó trong loại Mica không chứa Sắt và Magie, KAl2(AlSi3)O10(OH)2 thì 2 lớp được nối với nhau bởi nhôm. Các tấm Silicate được liên kết yếu ớt với nhau bởi các ion Kali. Đặc tính cắt khai mạnh của Mica chính là do sự liên kết yếu của Ion Kali giữa các lớp cấu trúc.
Các khoáng vật sét cũng có cấu trúc lớp điển hình. Chúng được thành tạo bởi phong hóa hóa học của hầu hết các khoáng vật Silicate và là thành phần chính của nhiều loại đất khác nhau.
- Cấu trúc khung
Cấu trúc khung là sự sắp xếp 3 chiều của các tứ diện trong đó 2 tứ diện cạnh nhau đều có chung 1 Oxy, tạo ra một tỷ lệ Silic / Oxy = 1 : 2 (Hình…). Các khoáng vật Feldspar – các khoáng vật tạo đá chính, và Thạch anh có cấu trúc kiểu này.
Các khoáng vật nhóm Feldspar được chia thành 2 phụ nhóm là các khoáng vật Feldspar Kali và Plagioclase. Phụ nhóm Plagioclas là một chuỗi dung dịch cứng trong đó thành phần thay đổi từ thành viên cuối giàu Canxi (Anorthozit – CaAl2Si2O8) tới thành viên cuối giàu Natri (Albit - NaAlSi2O8). Các khoáng vật Feldspar gồm có Octhoclase, Microcline và Sanidine. Tất cả các khoáng vật này đều khác nhau về cấu trúc tinh thể.
Thạch anh (SiO2) là khoáng vật có mặt nhiều thứ hai trong vỏ trái đất sau Feldspar. Trong cấu trúc tinh thể của thạch anh thì mỗi nguyên tử ôxy trong cấu trúc tứ diện Silic – Oxy cung cấp một hóa trị âm cho hai phức Si4+. Do đó không cần bất cứ một ion dương nào cần thiết để trung hòa điện thế. Vì vậy công thức cấu trúc của thạch anh (SiO2; 1 : 2) cũng giống với tỷ lệ Silic / Oxy (1 : 2) của cấu trúc mạng.
Việc phân chia các khoáng vật Silicate thành các nhóm Sắt – Magie và không Sắt – Magie cũng phân chia chúng thành các nhóm có các đặc tính vật lý cơ bản khác nhau. Vì sắt trong cấu trúc tinh thể có đặc tính hấp thụ ánh sáng mạnh nên tất cả các khoáng vật chứa Sắt – Magie đều có màu sẫm, từ màu đen, xanh thẫm, tới nâu. Ngược lại, các khoáng vật không chứa Sắt – Magie thường có màu nhạt, từ không màu, trắng, hoặc hang. Do có chứa những hàm lượng nhất định của sắt nên các khoáng vật Sắt – Magie thường có trọng lượng riêng cao hơn các khoáng vật không Sắt – Magie. Đây là những đặc tính quan trọng để phân biệt hai nhóm khoáng vật trên.
- Các khoáng vật không Silicate
Mặc dù các khoáng vật không Silicate chỉ tạo thành dưới 10% khối lượng vỏ quả đất, nhưng chúng đóng mọt vai trò quan trọng. Chúng bao gồm các khoáng vật Cacbonat, Sunphua, Sunphát, Halid, Hydorxyt, Photphat, và tự sinh.
- Các khoáng vật nhóm Cacbonat, Sulphat, và Photphat
Phức anion (CO2)2- kết hợp với các Cation kim loại tạo thành các khoáng vật Cacbonat. Trong số đó quan trọng nhất là Canxit, Aragonit, và Dolomit. Aragonit và Canxit có cùng thành phần và là dạng đồng hình của nhau (Polymorph). Khoáng vật Canxit (CaCO3) là khoáng vật chủ yếu của đá vôi, là nguyên liệu quan trọng của ngành công nghiệp xây dựng.
Apatit là khoáng vật Photphat quan trọng nhất, được tạo thành từ phức Anion (PO4)3- và tạo thành công thức khoáng vật Ca5(PO4)3(F,OH). Apatit là những nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp hóa chất (Phân bón, thuốc trừ sâu,…).
Các khoáng vật Sunphat được tạo thành nhờ phức Anion (SO4)2-. Các khoáng vật phổ biến nhất là Anhydrit (CaSO4) và Gypsit (CaSO4. 2H2O) được thành tạo chủ yếu từ sự bốc hơi của nước biển.
2.4. Đá và chu kỳ tạo đá
2.4.1. Đá
Khi nhìn vào đá ta thấy chúng có cấu tạo khác nhau. Một số đá có cấu tạo phân lớp rõ ràng với các lớp có thành phần hết sức khác nhau. Một số đá khác lại có cấu tạo đồng nhất, với các hạt có kích thước lớn và đồng đều. khụng cú s? phõn l?p.
Tuy nhiờn khi xem xột cỏc m?u dỏ khỏc nhau, ta cú th? phõn bi?t du?c du?c chỳng d? dàng nh? hai tiờu chớ co b?n và quan tr?ng sau. Tiờu chớ th? nh?t là ki?n trỳc c?a dỏ là d?c di?m c?a dỏ th? hi?n b?i kớch thu?c, hỡnh d?ng, và s? s?p x?p c?a cỏc khoỏng v?t ta nờn dỏ (vớ d?: cỏc h?t khoỏng v?t cú th? cú d?t ho?c nhu cỏc v?y, s?p d?t v?i nhau nhu cỏc quõn bài). Thờm vào dú, cỏc khoỏng v?t khỏc nhau cú th? phõn b? khụng d?ng d?u và t?p trung vào nh?ng l?p khỏc nhau. Ki?n trỳc c?a dỏ lỳc này là d?ng phõn l?p d?t. Cỏc thu?t ng? khỏc nhau v? ki?n trỳc c?a dỏ du?c s? d?ng d? mụ t? t?ng h? dỏ khỏc nhau.
é?c di?m quan tr?ng th? hai c?a dỏ là s? cú m?t c?a cỏc khoỏng v?t khỏc nhau. Ch? cú m?t lo?i dỏ mà thành ph?n c?a nú ch? cú m?t lo?i khoỏng v?t duy nh?t. Ph?n l?n cỏc lo?i dỏ ch?a ớt nh?t 2 lo?i khoỏng v?t ho?c nhi?u hon. S? cú m?t và ph? bi?n cỳa cỏc khoỏng v?t cú m?t trong dỏ, du?c g?i là t? h?p khoỏng v?t, là nh?ng y?u t? quan tr?ng d? gi?i doỏn s? thành t?a c?a dỏ. Vi?c mụ t? dỏ m?t cỏch cú h? th?ng liờn quan t?i c? m?t t? h?p khoỏng v?t và ki?n trỳc. Hai thu?t ng? khỏc la megascopic và microscopic cung r?t h?u ớch khi mụ t? dỏ. Megascopic ch? cỏc d?c di?m ki?n trỳc c?a dỏ mà ta cú th? quan sỏt du?c b?ng m?t thu?ng ho?c v?i kớnh lỳp cú d? phúng d?i t?i 10 l?n. Microscopic ch? cỏc d?c di?m ki?n trỳc c?a dỏ c?n ph?i cú s? tr? giỳp c?a cỏc phuong ti?n cú d? phúng d?i l?n d? quan sỏt.
Thụng thu?ng, d? xỏc d?nh ki?n trỳc microscopic c?a dỏ ngu?i ta thu?ng dựng m?t lỏt m?ng th?ch h?c cú th? quan sỏt du?c du?i kớnh hi?n vi.
Nhu dó núi ? trờn, dỏ là m?t kh?i t? nhiờn ch?t xớt và g?n k?t ch?t ch? c?a cỏc v?t ch?t r?n thành t?o trong t? nhiờn, r?n ch?c khụng cú s? s?ng, là m?t ph?n quan quan tr?ng cỳa cỏc hành tinh và trỏi d?t. Chỳng thu?ng là d?ng dúng c?ng c?a t?p h?p cỏc h?t khoỏng v?t khỏc nhau. D?a vào s? phõn b? thành ph?n và mụi tru?ng thành t?o ngu?i ta chia dỏ thành 3 lo?i sau: dỏ macma, dỏ tr?m tớch và dỏ bi?n ch?t.
A. éỏ macma
éỏ macma du?c thành t?o t? s? dụng c?ng c?a dung th? macma (hay dỏ núng ch?y). éỏ núng ch?y hỡnh thành bờn trong v? trỏi d?t và dõng lờn cao vỡ chỳng núng và cú t? tr?ng nh? lờn cỏc dỏ võy quanh. éỏ núng ch?y trong lũng Trỏi d?t du?c g?i là dung th? macma, dung th? macma phun lờn b? m?t trỏi d?t du?c g?i là dung nham (lava).
- Khi macma dụng c?ng trong v? trỏi d?t chỳng du?c g?i là macma xõm nh?p. Theo th?i gian v? trỏi d?t b? búc mũn s? làm cho chỳng l? ra trờn m?t d?t.
- Khi macma phun lờn m?t d?t, do l?c phun m?nh s? làm cho cỏc dỏ võy quanh b? d?p v? và t?o thành cỏc m?nh, sau dú g?n k?t v?i nhau b?i dung th? macma dụng ngu?i t?o thành dỏ m?nh v? phun trào. Cỏc dỏ du?c thành t?o b?i dung th? macma dụng ngu?i khi phun trào lờn m?t trỏi d?t du?c g?i là dỏ phun trào.
Hỡnh
...
Cỏc
v?
trớ
ki?n
t?o
ch ?
y?u
c?a
v?
Trỏi
d?t
noi
cỏc
dỏ
macma
ch?
y?u
du?c
thành
t?o.
Cỏc lo?i dỏ macma ch? y?u (xem sỏch giỏo khoa c?a th?y L?c).
B. éỏ tr?m tớch
Khi cỏc dỏ l? ra trờn b? m?t d?t, chỳng s? b? d?p v?, phỏ h?y ho?c hũa tan du?i tỏc d?ng c?a quỏ trỡnh phong húa (húa h?c và co h?c) t?o nờn cỏc m?nh nh? và b? v?n chuy?n du?i d?ng cỏc v?t li?u thụ ho?c dung d?ch. Cỏc v?t li?u này di chuy?n xu?ng n?i th?p hon b?ng tru?t (tr?ng l?c) ho?c do dũng nu?c và tỏi tớch d?ng ? cỏc mi?n th?p ( thung lung, d?ng b?ng, sụng, h?, bi?n,…), ph?n l?n s? du?c tỏi l?ng d?ng ? bi?n t?o thành tr?m tớch. Cỏc l?p tr?m tớch c? s? b? vựi l?p b?i cỏc l?p tr? hon và du?i tỏc d?ng c?a nhi?t d?, ỏp su?t s? d?n d?n thành dỏ (lithifcation) ( nộn ch?t và dụng c?ng-cementation) d? t?o thành dỏ tr?m tớch. Cỏc dỏ du?c tr?m tớch trong mụi tru?ng bi?n g?i là dỏ tr?m tớch bi?n, cỏc dỏ du?c thành t?o thành t? s? l?ng d?ng v?t li?u trờn d?t li?n g?i là dỏ tr?m tớch l?c d?a.
B?i
tớch
ph?
bi?n
nh?t
là
dỏ
sột
(shale),
ti?p
theo
là
cỏt
k?t
(sandstone)-
c?u
t?o
b?i
cỏc
h?t
th?ch
anh
và
m?nh
dỏ
nh?.
Lo?i
dỏ
tr?m
tớch
ph?
bi?n
th?
ba
là
dỏ
vụi
(t?
CaCO3).
éỏ
vụi
cú
th?
cú
ngu?n
g?c
húa
h?c
và
sinh
v?t.
C. éỏ bi?n ch?t
Khi dỏ b? vựi xu?ng r?t sõu, nú b? tỏc d?ng b?i nhi?t d?, ỏp su?t và dung d?ch làm cho chỳng b? tỏi k?t tinh d? t?o thành dỏ bi?n ch?t (vớ d? dỏ vụi b? bi?n thành dỏ hoa). Khi dỏ b? bi?n ch?t s? tỏi k?t tinh di?n ra khi dỏ dang trong tr?ng thỏi r?nvà do dú dỏ nguyờn th?y cú th? s? khụng b? tỏi k?t tinh hoàn toàn.
- Ph?n l?n cỏc dỏ bi?n ch?t thành t?o trong phõn nhõn c?a cỏc dai d?ng t?o nỳi. N?u cỏc dỏ b? bi?n ch?t m?nh d?n t?i dỏ núng ch?y t?i ch? và t?ng ph?n c?a dỏ nhung khụng t?o thành m?t dung th? macma riờng bi?t thỡ s?n ph?m du?c g?i là migmatit.
- Cỏc lo?i dỏ bi?n ch?t ch? y?u: (xem sỏch giỏo khoa)
2.4.2 S? g?n k?t c?a dỏ (xem sỏch giỏo khoa)
2.4.3. Chu k? dỏ (Rock cycle)
Khỏi ni?m v? chu k? dỏ là m?t trong r?t nhi?u m?i quan h? d?a ch?t khu v?c du?c James Hutton dua ra d?u tiờn (Th? k? 19). M?t chu k? t?o dỏ cú d?c di?m chung nhu sau:
- Lo?i dỏ d?u tiờn là dỏ magma du?c thành t?o khi dung th? magma dụng ngu?i du?i quỏ trỡnh k?t tinh c?a dỏ (x?y ra bờn trong ho?t trờn m?t d?t).
- Khi dỏ magma xu?t l?, nú s? b? phong húa và d?n d?n b? phỏ h?y, búc mũn t?o ra cỏc v?t li?u tr?m tớch. Cỏc v?t li?u này du?c tỏi l?ng d?ng trong cỏc vựng trung và d?n d?n b? bi?n thành dỏ (do vựi sõu/ộp nộn).
- Khi b? vựi sõu t?i d? sõu nh?t d?nh, ỏp su?t nhi?t d? tang làm cho dỏ b? bi?n ch?t. N?u ỏp su?t nhi?t d? tang cao lờn dỏ b? núng ch?y t?o thành magma và d?n d?n cú th? t?o nờn dỏ magma m?i. C? nhu v?y dỏ magma du?c hỡnh thành và xuyờn vào v ho c phun trào lờn b? m?t Trỏi d?t r?i sau dú l?i b? búc mũn t?o thành cỏc s?n ph?m tr?m tớch.
- Quỏ trỡnh trờn l?p di l?p l?i trong su?t l?ch s? c?a Trỏi d?t và hỡnh thành cỏc chu k? dỏ khỏc nhau.
H ỡnh .... H ỡnh v? mụ ph?ng chu k? dỏ trong dú cỏc quỏ trỡnh n?i sinh và ngo?i sinh c?a Trỏi d?t cú m?i quan h? ch?t tr?. Cỏc lo?i dỏ khỏc nhau c ung cú m?i quan h? qua l?i ch?t ch?.
2.5.
TU?I
C?A
TRÁI
é?T
2.5.1. Nh?ng d? doỏn v? tu?i c?a Trỏi d?t tru?c dõy
+ 1644: John Lightfoot (hi?u phú tru?ng d?i h?c Cambridge) cho r?ng trỏi d?t sinh 9:00 am ngày 26/10/3926 BC.
+ 1658 Jams Ussher, linh m?c nhà th? Amagh (Irland) cho r?ng trỏi d?t sinh ngày 23/10/4004 BC. Hai nhà tiờn tri là linh m?c – d?a trờn kinh thỏnh (kinh c?u nu?c) b?t d?u v?i s? ra d?i c?a Adam và Eva.
+ 1701 linh m?c Llayd b? sung tu?i c?a Trỏi d?t vào kinh thỏnh c?a Anh giỏo là 4004BC. Do v?y cỏc nhà d?a ch?t bu?c ph?i dựng gi? thuy?t v? th?m h?a (Catastrophisun) d? gi?i thớch s ? hỡnh thành dỏ và d?a hỡnh.
(S? nõng lờn m?nh m? do phun trào ho?c xộ to?c cỏc ph?n v? trỏi d?t t?o vựng trung)
+ Gi?a th? k? 18, 1 k? su ngu?i Anh tờn là William Smith dó dua ra khỏi ni?m liờn k?t (correlation) cho phộp liờn h? tu?i c?a cỏc dỏ cú cựng di?u ki?n và th?i gian thành t?o ? cỏc v? trớ cỏch xa nhau (d?a vào d?c di?m chung v? hoỏ th?ch, thành ph?n, và c?u t?o...).
+ Cựng v?i s? ra d?i c?a h?c thuy?t ‘s? ti?n hoỏ c?a muụn loài’, Charlies Darwin dua ra m?t lu?t co b?n khỏc là ‘d?c di?m c?a cỏc lo?i hoỏ dỏ’ cho r?ng m?t l?p dỏ du?c thành t?o t?ng m?t th?i gian d?a ch?t nh?t d?nh s? cú m?t t? h?p hoỏ th?ch d?c trung cho giai do?n dú và khỏc v?i cỏc giai do?n tru?c và sau nú.
+ James Hutton nhà d?a ch? và v?t lý giàu cú in 1785 dó dua ra gi?i thớch cỏch m?ng khi quan sỏt s? tr?m tớch c?a sụng và bi?n dó cho r?ng cỏc l?p dỏ du?c thành t?o nh? s? tr?m tớch t?o dỏ và nõng lờn t?o thành. ễng dó xu?t b?n sỏch: Ngu?n g?c c?a trỏi d?t và dua ra gi? thuy?t v? s? d?ng nh?t “ Unifomiatarianism” cho r?ng cỏc quỏ trỡnh x?y ra ngày nay là tuong t? nhu quỏ kh?.
+ 1805, Robert Jamerson dua ra khỏi ni?m v? m?i quan h? khụng ch?nh h?p trong dú mụ t? m?t b? m?t khụng cú s? tr?m tớch ho?c tr?i qua quỏ trỡnh bào mũn trong 1 kho?ng th?i gian d?a ch?t nh?t d?nh tru?c khi m?t l?p khỏc du?c tr?m tớch lờn trờn.
+ 1830 Charles Lyell xu?t b?n sỏch “ nh?ng d?c di?m co b?n c?a d?a ch?t” t?o n?n múng co b?n cho d?a ch?t h?c hi?n d?i.
2.5.2. Cỏc phuong phỏp d?nh tu?i
Cỏc s? ki?n d?a ch?t cú th? du?c d?nh tu?i b?ng hai phuong phỏp tu?i tuong d?i và tu?i tuy?t d?i.
+ Tu?i tuong d?i ch? dũi h?i xỏc d?nh m?t s? ki?n tr? hon ho?c già hon m?t s? ki?n khỏc.
+ Tu?i tuy?t d?i là xỏc d?nh chớnh xỏc s? nam mà cỏc s? ki?n d?a ch?t dó x?y ra so v?i ngày nay ho?t th?i gian kộo dài c?a chỳng.
é?nh tu?i tuong d?i
Nam 1669 Nicolas Steno, m?t nhà v?t lý ngu?i éan-m?ch dó gi?i thi?u phuong phỏp d?nh tu?i tuong d?i d?a trờn hai nguyờn lý quan tr?ng:
- é?c di?m ch?ng l?n (Principle of Superposition) n?u cỏc dỏ cú s? phõn l?p, thỡ ch? tr? khi cỏc dỏ b? d?o l?n do u?n n?p và d?t góy, cỏc l?p dỏ tr? hon ch?m lờn trờn cỏc dỏ già hon. N?u bi?t núc/dỏy c?a l?p thỡ ta bi?t du?c tu?i c?a cỏc l?p tuong d?i so v?i nhau.
- é?c tớnh n?m ngang ban d?u: Khi cỏc dỏ tr?m tớch du?c thành t?o chỳng cú th? n?m g?n n?m ngang. N?u dỏ b? nghiờng thỡ chỳng dó b? d?ch chuy?n kh?i v? trớ nguyờn th?y c?a chỳng.
- Gi?a th? k? 18, m?t nhà k? su ngu?i Anh tờn là Williams Smith dó dua ra khỏi ni?m correlation (phộp liờn k?t) cho phộp liờn h? tu?i c?a cỏc dỏ cú cựng di?u ki?n và th?i gian thành t?o ? cỏc v? trớ khỏc xa nhau( d?a vào s? gi?ng nhau c?a cỏc húa th?ch,…).
- Cựng v?i s? ra d?i c?a h?c thuy?t s? ti?n húa c?a muụn loài c?a C. Darwin m?t lu?t co b?n khỏc là “d?c di?m c?a cỏc lo?i húa dỏ” cho r?ng m?i l?p dỏ du?c thành t?o trong m?t th?i gian d?a ch?t nh?t d?nh s? cú m?t t? h?p húa dỏ d?c trung cho th?i gian dú và khỏc nhau gi?a cỏc giai do?n tru?c và sau nú.
- 1805 Robert Jameson dua ra khỏi ni?m v? m?i quan h? khụng ch?nh h?p mụ t? m?t b? m?t khụng cú s? tr?m tớch ho?c tr?i qua bào mũn trong m?t kho?ng th?i gian d?a ch?t nh?t d?nh tru?c khi m?t l?p khỏc du?c tr?m tớch g?m cú cỏc lo?i sau: (discontinuity- m?t giỏn do?n th?i gian nhung song song m?t l?p); angular unconformity–b?t ch?nh h?p gúc; nonconfornity – khụng ch?nh h?p (e.g., m?t b? m?t dỏ granit b? ph? lờn b?i dỏ tr?m tớch).
- M?t nguyờn lý khỏc d? d?nh tu?i tuong d?i là khỏi ni?m c?a Chales Lyell (1830) là lu?t c?a m?i quan h? xuyờn c?t – m?t dỏ ho?c c?u t?o c?t qua m?t dỏ ho?c c?u t?o khỏc tr? ph?i tr? hon c?u t?o b? nú c?t qua.
é?nh tu?i b?ng d?ng v? phúng x?
- Phuong phỏp d?ng v? phúng x? d? d?nh tu?i dỏ d?a trờn s? phõn ró c?a cỏc d?ng v? m? d? t?o thành cỏc d?ng v? con b?n v?ng.
T?c d? phõn ró c?a d?ng v? m? du?c do b?ng h?ng s? v?t lý bỏn h?y (half-life) (du?c Lord Rutherfard xỏc d?nh)-là th?i gian c?n thi?t d? m?t n?a s? d?ng v? m? b? phõn ró d? t?o d?ng v? con: U235->Pb = 713 tr. nam)
- éo d?c lu?ng cũn l?i và s?n ph?m phõn ró s? tớnh du?c th?i gian b?t d?u phõn ró. Phuong phỏp này g?n li?n v?i vi?c s? d?ng cỏc thi?t b? phõn tớch hi?n d?i nhu mỏy ph? kh?i.
2.5.3. Thang d?a t?ng
S? d?ng phuong phỏp d?nh tu?i tuong d?i nờu trờn cỏc nhà d?a ch?t dó s?p x?p trỡnh t? phỏt tri?n cỏc lo?i dỏ c?a trỏi d?t và chia thành cỏc kho?ng tu?i khỏc nhau.
Giovanni Archicino (1759) dó l?p ra thang d?a t?ng d?u tiờn cho vựng Alpe (chõu Âu).
- Primitive group – già nh?t
- Secondavy
- Teriary
- Quarternany
Thang d?a t?ng hi?n t?i du?c phỏt tri?n vào th? k? 19 khi s? hi?u bi?t v? ti?n húa d?a ch?t và s? ti?n húa c?a v?t ch?t….dỏ phỏt tri?n. Thang này t?p h?pt?t c? cỏc b?ng ch?ng t? cỏc v? trớ khỏc nhau và s?p x?p theo trỡnh t? th?ng nh?t( cú ch?a nh?ng húa th?ch t?p trung).
- Eon th?i gian (vi k??): kho?ng th?i gian dài nh?t:
o Crytizoic Eon (hidden life) 4,5 – 0,6 t? nam, g?m 2 giai do?n:
- Archean: 4,5-2,5 t? nam;
- Proterozoic 2,5-0,6 t? nam: cú húa th?ch.
o Phanerozoic Eon: < 600 tri?u nam. Trong Phanezozoi l?i chia thành cỏc nguyờn d?i (Eras of time).
+ Paleozoic (C? sinh): 600—245 tri?u nam – Marine invertebrates
+ Mesozoic (Trung sinh): 245 tri?u nam – 65 tri?u nam (chuy?n ti?p gi?a sinh v?t bi?n d?n d?ng v?t cú vỳ trờn c?n c?a Kainozoic.
+ Cenozoic (Tõn sinh): 65 tri?u nam d?n hi?n t?i. (Th?i d?i c?a d?ng v?t cú vỳ) (Ceno = recent).
- Period (K?): 1 nguyờn đại du?c chia thành cỏc k?, m?i k? cú m?t t? h?p cỏc dỏ du?c thành t?o du?c g?i là m?t h?.
- Cỏc k? trong Paleozoi, MZ và CZ ( Bài t?p ).
2.7. Ki?n t?o M?ng
Thuyết Kiến tạo mảng ra đời vào những năm 1960 của thế kỷ 20. S? cụng nh?n thuy?t Ki?n t?o m?ng du?c xem nhu m?t m?c quan tr?ng trong l?ch s? khoa h?c d?a ch?t. H?c thuy?t này dua ra m?t mụ hỡnh d? gi?i doỏn thành ph?n, c?u t?o và cỏc quỏ trỡnh n?i sinh c?a Trỏi d?t ? cỏc quy mụ khỏc nhau. Nú dó d?n d?n s? th?a nh?n r?ng cỏc b?n trung d?i duong và cỏc l?c d?a là m?t ph?n c?a h? th?ng th?ch quy?n-khớ quy?n-thu? quy?n du?c ti?n hoỏ cựng v?i ph?n bờn trong c?a Trỏi d?t. Nói một cách ngắn gọn, thuyết này cho rằng lớp ngoài cùng của Trái đất là 1 lớp dày khoảng 100 km cấu tạo bởi các đá cứng gọi là thạch quyển. Th?ch quy?n bị dập vỡ thành nhiều mảnh độc lập được gọi là các địa mảng tương tự như các mảnh của một cái mai rùa (g?m bảy mảnh lớn và một số mảnh nhỏ, Hình ...).
Hình...
Thạch
quyển
của
Trái
đất
được
phân
chia
thành
các
mảng
cứng
có
kích
thước
các
nhau
di
chuyển
theo
phương
ngang
trên
quyển
mềm.
Các địa mảng nổi trên một lớp đá nóng, mềm, và dẻo gọi là asthenosphere. Các địa mảng di chuyển theo phương nằm ngang song song bề mặt của Trái đất bằng cách trượt trên asthenosphere yếu và dẻo tương tự như các tảng băng nổi trôi dạt trên mặt biển. Mỗi mảng theo một hướng khác nhau so với các mảng bên cạnh với tốc độ dao động từ nhỏ hơn 1 cm tới 18 cm một năm (Hình ...).
Hình
....
Sự
di
chuyển
của
các
địa
mảng
thạch
quyển
do
sự
di
chuyển
của
vật
chất
nóng
và
mềm
của
quyển
mềm
và
manti
trong...
Một địa mảng có thể di chuyển tương đối so với một địa mảng khác theo ba cách khác nhau: chúng có thể đi ra xa nhau, tiến đến gần nhau và đụng độ với nhau hoặc trượt ngang qua nhau (Hình....). Chúng cọ sát nhau tại các ranh giới tiếp xúc và sự tương tác của địa mảng dọc theo mỗi loại ranh giới trên tạo ra các đặc trưng kiến tạo khác nhau. Bởi vì một lực khổng lồ tạo ra tại ranh giới giữa các mảng, nên quá trình tạo núi, phun trào của núi lửa, và động đất thường xảy ra ở nơi hai địa mảng tiếp xúc nhau. (H•y tưởng tượng 2 tảng đá có chiều dày 100 km đâm vào nhau dọc theo một ranh giới dài tới vài ngàn km. Không có gì tương xứng trên thực tế để mô tả một sự va chạm như vậy. Nếu có 1 tỷ cái máy ủi cỡ lớn được lái cùng một hướng song song vào một thành phố lớn cấu tạo bởi toàn bộ các toà nhà trên Trái đất, lực tạo ra từ các máy ủi này chỉ là rất nhỏ so với lực tạo ra từ sự đụng độ của 2 mảng kiến tạo). Các sự kiện đó gọi là hoạt động kiến tạo (bắt nguồn từ chữ Hy Lạp construction-nghĩa là xây dựng). Kiến tạo xây dựng và biến cải vỏ Trái đất. Ngược lại với ranh giới của các địa mảng, phần nội mảng thường có kiến tạo bình ổn hơn vì chúng thường ở xa các đới tiếp xúc của các mảng.
Hình ... Các loại ranh giới địa mảng khác nhau: A, ranh giới mảng phân tách; B, ranh giới mảng hội nhập; C, ranh giới mảng dịch bằng (hay chuyển dạng).
Do sự chuyển động khác nhau của 2 địa mảng cạnh nhau mà giữa chúng có các loại ranh giới khác nhau. Hai địa mảng di chuyển ra xa nhau tạo ra một ranh giới địa mảng phân tách. Ranh giới mảng phân tách xảy ra cả trong vỏ đại dương và vỏ lục địa và được đại diện bởi các đới rift mà điển hình nhất là sống núi giữa đại dương. Khi hai địa mảng phân tách khỏi nhau dọc theo ranh giới này, đá nóng và dẻo của quyển mềm sẽ dâng lên lấp đầy chỗ trống giữa hai địa mảng và nguội lạnh để tạo thành thạch quyển mới. Quyển mềm một phần bị nóng chảy tạo ra các mac ma basalt trào lên trên mặt đất.
Tại một ranh giới mảng hội tụ (hội nhập), 2 địa mảng di chuyển lại gần và đụng độ nhau. Sự đụng độ có thể xảy ra giữa (1) một địa mảng mang vỏ đại dương với một mảng khác mang một lục địa, (2) hai địa mảng mang vỏ đại dương, và (3) hai địa mảng lục địa. Trong trường hợp một địa mảng có tỷ trọng lớn hơn mảng kia, nó sẽ bị hút chìm xuống dưới mảng kia dọc theo một đới hút chìm mả biểu hiện trên mặt của nó là r•nh sâu đại dương. Mảng hút chìm sẽ bị nung nóng khi xuống tới độ sâu nhất định và sẽ bị nóng chảy tạo nên một dung thể magma khổng lồ trong quyển mềm. Do magma này nhẹ hơn môi trường xung quanh nên nó sẽ dâng lên theo phương thẳng đứng, xuyên vào vỏ của mảng nằm trên. Một phần của nó sẽ kết tinh bên trong vỏ Trái đất, tạo thành các đá magma xâm nhập, còn một phần sẽ phun trào ra bên ngoài mặt đất, tạo nên các chuỗi núi lửa kéo dài dọc theo và gần song song với đới hút chìm. Quá trình này tạo nên sự tăng trưởng đáng kể của các d•y núi bên trên các đới hút chìm do một khối lượng khổng lồ của magma dâng lên làm vỏ Trái đất dày lên và làm cho các d•y núi dâng cao hơn. Ngoài ra các hoạt động động đất cũng phát triển rất mạnh mẽ dọc theo đới hút chìm.
Nếu hai mảng hội nhập có cùng tỷ trọng (thường là giữa hai mảng cùng mang vỏ lục địa), chúng sẽ húc vào nhau mà không có mảng hút chìm. Lúc này, các đá dọc theo 2 địa mảng trước đây sẽ bị biến dạng dữ dội tạo thành các đai tạo núi kéo dài và dọc theo đai tạo núi này 2 địa mảng sẽ gắn kết thành một địa mảng mới.
Tại một ranh giới mảng dịch ngang, hai địa mảng trượt ngang qua nhau. Ranh giới kiểu này được đặc trưng bởi các đứt g•y chuyển dạng và các đứt g•y trượt ngang (đứt g•y San Andreas là một ranh giới trượt bằng giữa 2 địa mảng chủ yếu, mảng Bắc Mỹ và mảng Thái Bình Dương). Các ranh giới dịch ngang là một bộ phận không thể thiếu của hệ thống sống núi đại dương. Những biểu hiện địa hình của ranh giới này chính là các đứt g•y chuyển dạng được phơi bày một cách rõ ràng trên bản đồ độ sâu của đáy đại dương nơi chúng cắt ngang và phân chia sống núi đại dương thành các đoạn. Các đứt g•y đó làm dịch chuyển các đoạn sống núi bên trong một tổng thể liên hoàn của hệ sống núi. Các trận động đất chấn tâm nông bắt nguồn từ một phần của các đứt g•y đó, là dấu hiệu dịch chuyển của đứt g•y với ma sát trượt nhỏ của thạch quyển mỏng. Mặc dù động đất rất hay xảy ra dọc theo ranh giới kiểu này nhưng hoạt động mac ma thường không xảy ra.
Học thuyết kiến tạo mảng cho chúng ta một mô hình riêng rẽ để giải thích làm thế nào và tại sao các lục địa lại di chuyển, đáy biển lại tách gi•n, núi lại nâng cao, đá lại bị biến dạng, động đất lại rung chuyển hành tinh này, và núi lửa lại phun trào. Có lẽ điểm gòn gây tranh c•i nhiều nhất hiện nay là trạng thái của cơ chế gây ra các chuyển động của địa mảng. Và mặc dù các vấn đề cơ bản của học thuyết này đ• được thiết lập, không có nghĩa là chúng ta đ• hiểu biết hết về trái đất, vì vậy còn rất nhiều vấn đề mà các nhà địa chất sẽ phải trả lời trong nhiều thập kỷ tới.
Mục lục[sửa]
- Chương I: Đại cương về địa chất học
- Phần 1: Vật chất của trái đất
- Chương 2: Trái đất
- Phần 2: Các quá trình địa chất
- Chương 3: Các quá trình địa chất ngoại sinh
- Chương 4: Các quá trình địa chất nội sinh
